การวิจัยอวกาศคือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่ดำเนินการในอวกาศและโดยการศึกษาอวกาศการวิจัยอวกาศเป็นสาขาการวิจัยที่ กว้างขวาง ตั้งแต่การใช้ เทคโนโลยีอวกาศไปจนถึงจักรวาลที่สังเกตได้วิทยาศาสตร์โลกวิทยาศาสตร์วัสดุชีววิทยาการแพทย์และฟิสิกส์ล้วนเกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมการวิจัยอวกาศ คำนี้รวมถึงอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ระดับความสูงใด ๆ ตั้งแต่ห้วงอวกาศลึกไปจนถึงวงโคจรต่ำของโลกขยายความไปถึง การวิจัย จรวดสำรวจในชั้นบรรยากาศตอนบนและบอลลูน ระดับสูงด้วย

การสำรวจอวกาศก็เป็นรูปแบบหนึ่งของการวิจัยอวกาศเช่นกัน

จรวดของจีนถูกนำมาใช้ในพิธีกรรมและเป็นอาวุธมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 13 แต่ไม่มีจรวดใดสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกได้จนกระทั่งช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ความก้าวหน้าทางด้านจรวดที่สามารถขึ้นไปในอวกาศได้ปรากฏขึ้นพร้อมกันในผลงานของนักวิทยาศาสตร์สามคนในสามประเทศที่แตกต่างกัน ได้แก่คอนสแตนติน ซิโอลคอฟสกี ในรัสเซีย โรเบิร์ต เอช. ก็อดดาร์ดในสหรัฐอเมริกา และ เฮอร์มันน์ โอเบิร์ธใน เยอรมนี

สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต ต่างสร้างโครงการขีปนาวุธของตนเอง ขึ้นมา สาขาการวิจัยอวกาศพัฒนาขึ้นจากการศึกษาทางวิทยาศาสตร์บนพื้นฐานของเทคโนโลยีจรวดที่ก้าวหน้าขึ้น

ในปี พ.ศ. 2491–2492 เครื่องตรวจจับบนจรวด V-2ตรวจพบรังสีเอ็กซ์จากดวงอาทิตย์^{[ 1 ]}จรวดสำรวจช่วยให้เราเห็นโครงสร้างของชั้นบรรยากาศเบื้องบนเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นฟิสิกส์อวกาศก็กลายเป็นสาขาการวิจัยที่มีการศึกษาเกี่ยวกับแสงออโรร่าไอโอโนสเฟียร์และแมกนีโตสเฟียร์ของ โลก

ดาวเทียมเทียมดวงแรกของรัสเซียสปุตนิก 1ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 1957 สี่เดือนก่อนที่สหรัฐอเมริกาจะส่งเอ็กซ์พลอเรอร์ 1 ขึ้นสู่อวกาศ การค้นพบครั้งสำคัญของ การวิจัย ดาวเทียมเกิดขึ้นในปี 1958 เมื่อเอ็กซ์พลอเรอร์ 1 ตรวจพบแถบรังสีแวนอัลเลนวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ก้าวไปสู่ขั้นใหม่ด้วยโครงการลูน่า ของรัสเซีย ระหว่างปี 1959 ถึง 1976 ซึ่งเป็นชุดยานสำรวจดวงจันทร์ที่ให้หลักฐานเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมี แรงโน้มถ่วง อุณหภูมิ ตัวอย่างดินของดวงจันทร์ ภาพถ่ายแรกของด้านไกลของดวงจันทร์โดยลูน่า 3และหุ่นยนต์ควบคุมระยะไกล ( ลูโนคอด ) ตัวแรก ที่ ลงจอดบนดาวเคราะห์ดวง อื่น

นักวิจัยด้านอวกาศยุคแรกได้รับเวทีระหว่างประเทศที่สำคัญด้วยการก่อตั้งคณะกรรมการวิจัยอวกาศ (COSPAR) ในปี พ.ศ. 2491 ซึ่งทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ระหว่างตะวันออกและตะวันตกในช่วงสงครามเย็น แม้ว่าเทคโนโลยีจรวดซึ่งเป็นพื้นฐานของสาขาการวิจัยจะมีต้นกำเนิดมาจากด้านการทหารก็ตาม^{[ 2 ]}

เมื่อวันที่ 12 เมษายน 1961 ร้อยโทยูริ กาการิน ชาวรัสเซีย เป็นมนุษย์คนแรกที่โคจรรอบโลกในยานวอสต็อก 1ในปีเดียวกันนั้นอลัน เชพาร์ด นักบินอวกาศชาวอเมริกัน เป็นชาวอเมริกันคนแรกที่เดินทางไปในอวกาศ และเมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม 1969 นีล อาร์มสตรองและบัซ อัลดริน นักบินอวกาศ เป็นมนุษย์คนแรกที่เหยียบดวงจันทร์

เมื่อวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2514 สหภาพโซเวียตได้ปล่อยSalyut 1ซึ่งเป็นสถานีอวกาศแห่งแรกที่มีระยะเวลาปฏิบัติการที่ยาวนานพอสมควร ภารกิจประสบความสำเร็จเป็นเวลา 23 วัน แต่น่าเสียดายที่ต้องประสบกับภัยพิบัติระหว่างการขนส่ง เมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2516 Skylabซึ่งเป็นสถานีอวกาศแห่งแรกของอเมริกาถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศโดยใช้จรวด Saturn V ที่ได้รับการดัดแปลง Skylab มีการใช้งานเป็นเวลา 24 สัปดาห์^{[ 3 ]}

486958 อาร์โรคอธ (Arrokoth)คือชื่อของวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดและดั้งเดิมที่สุดที่ยานอวกาศของมนุษย์เคยไปเยือน เดิมทีถูกกำหนดชื่อเป็น "1110113Y" เมื่อตรวจพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในปี 2014 ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ถูกยานนิวฮอไรซันส์ (New Horizons) ไปถึง ในวันที่ 1 มกราคม 2019 หลังจากทำการปรับวงโคจรนานหนึ่งสัปดาห์ ยานนิวฮอไรซันส์ตรวจพบอัลติมา ธูล (Ultima Thule) จากระยะ 107 ล้านไมล์ และทำการปรับวงโคจรทั้งหมด 9 วัน เพื่อให้เข้าใกล้ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ในระยะ 3,500 ไมล์อัลติมา ธูลมีคาบการโคจร ประมาณ 298 ปี อยู่ห่างจากโลก 4.1 พันล้านไมล์ และ อยู่ ไกลออกไปจาก ดาวพลูโตมากกว่า 1 พันล้านไมล์

ยาน สำรวจ วอยเอเจอร์ 1ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 5 กันยายน 1977 และเดินทางออกไปไกลเกินขอบระบบสุริยะในเดือนสิงหาคม 2012 เข้าสู่ห้วงอวกาศระหว่างดวงดาว เป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นที่อยู่ห่างจากโลกมากที่สุด มีการคาดการณ์ถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดการชน การก่อตัวเป็นกลุ่มเมฆออร์ตและชะตากรรม "บางทีอาจจะชั่วนิรันดร์—ที่จะล่องลอยอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก"

ยานวอยเอเจอร์ 2ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 20 สิงหาคม 1977 โดยเดินทางช้ากว่ายานวอยเอเจอร์ 1และไปถึงสสารระหว่างดวงดาวเมื่อปลายปี 2018 ยานวอยเอเจอร์ 2 เป็นยานสำรวจโลกเพียงลำเดียวที่เคยไปเยือนดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งอย่างเนปจูนหรือยูเรนัส

ยานวอยเอเจอร์ทั้งสองลำไม่ได้มุ่งเป้าไปยังวัตถุที่มองเห็นได้โดยเฉพาะ แต่ทั้งสองลำยังคงส่งข้อมูลการวิจัยไปยังเครือข่ายอวกาศห้วงลึกของนาซา อย่างต่อ เนื่องจนถึงปี 2019

คาดว่า ยานสำรวจ ไพโอเนียร์ 2 ลำและ ยานสำรวจ นิวฮอไรซันส์ 1 ลำ จะเข้าสู่ห้วงอวกาศระหว่างดาวในอนาคตอันใกล้นี้ แต่คาดว่าพลังงานที่ใช้ได้ของยานทั้งสามจะหมดลงก่อนหน้านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถยืนยันจุดที่ยานออกจากห้วงอวกาศระหว่างดาวได้อย่างแม่นยำ การคาดการณ์ความเร็วของยานสำรวจนั้นทำได้ยาก เนื่องจากยานจะเคลื่อนที่ผ่าน เฮลิโอสเฟียร์ที่ มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ไพโอเนียร์ 10อยู่ใกล้ขอบนอกของเฮลิโอสเฟียร์ในปี 2019 นิวฮอไรซันส์น่าจะไปถึงที่นั่นได้ในปี 2040 และไพโอเนียร์ 11ในปี 2060

ยานสำรวจ วอยเอเจอร์สองลำได้เดินทางถึงสสารระหว่างดาวแล้วและคาดว่าจะมีอีกสามลำที่จะตามมาในอนาคต

การวิจัยอวกาศครอบคลุมสาขาวิทยาศาสตร์ดังต่อไปนี้: ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• การสังเกตการณ์โลกโดยใช้ เทคนิค การสำรวจระยะไกลเพื่อตีความข้อมูลแสงและเรดาร์ จาก ดาวเทียมสำรวจโลก
• ธรณีวิทยาเชิงภูมิศาสตร์โดยใช้การรบกวนแรงโน้มถ่วงของวงโคจร ดาวเทียม
• วิทยาศาสตร์บรรยากาศ ,อุตุนิยมวิทยาโดยใช้ดาวเทียม ,จรวดสำรวจและบอลลูนระดับสูง
• ฟิสิกส์อวกาศคือ การศึกษา พลาสมาในอวกาศโดยตรงเช่นแสงเหนือ ชั้น บรรยากาศ ไอโอโนสเฟียร์ ชั้นบรรยากาศแมก นี โตสเฟียร์และสภาพอากาศในอวกาศ
• วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์คือการใช้ยานสำรวจอวกาศเพื่อศึกษาวัตถุต่างๆ ในระบบสุริยะ
• ดาราศาสตร์โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศและเครื่องตรวจจับที่ไม่ถูกจำกัดด้วยการมองผ่านชั้นบรรยากาศ
• วิทยาศาสตร์วัสดุโดยใช้ประโยชน์จากสภาพแวดล้อมแรงโน้มถ่วงระดับไมโครบนแพลตฟอร์มวงโคจร
• วิทยาศาสตร์ชีวภาพรวมถึงสรีรวิทยาของมนุษย์โดยใช้ สภาพแวดล้อม ของรังสีในอวกาศและสภาวะไร้น้ำหนักตลอดจนการปลูกพืชในอวกาศ
• ฟิสิกส์ : การใช้พื้นที่อวกาศเป็นห้องปฏิบัติการสำหรับการศึกษาฟิสิกส์พื้นฐาน

ดาวเทียมวิจัยชั้นบรรยากาศตอนบน (Upper Atmosphere Research Satellite)เป็น ภารกิจที่นำโดย NASAซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2534 ดาวเทียมหนัก 5,900 กิโลกรัม (13,000 ปอนด์) ถูกปล่อยจากกระสวย อวกาศดิสคัฟเวอรี ระหว่าง ภารกิจ STS-48เมื่อวันที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2534 เป็นดาวเทียมที่มีเครื่องมือหลายชนิดดวงแรกที่ศึกษาแง่มุมต่างๆ ของชั้นบรรยากาศโลกและทำความเข้าใจเกี่ยวกับเคมีแสง ได้ดียิ่งขึ้น หลังจากให้บริการมา 14 ปี UARS ก็ยุติภารกิจทางวิทยาศาสตร์ในปี พ.ศ. 2548 ^{[ 6 ]}

โครงการหอดูดาวขนาดใหญ่ (Great Observatories Program ) เป็นโครงการกล้องโทรทรรศน์ หลัก ของนาซา โครงการนี้ผลักดันความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลด้วยการสังเกตท้องฟ้าอย่างละเอียด โดยอาศัยรังสีแกมมา อัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ อินฟราเรด และ สเปกตรัมแสง ที่มองเห็นได้ กล้องโทรทรรศน์หลักสี่ตัวสำหรับโครงการหอดูดาวขนาดใหญ่ ได้แก่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ( แสง ที่มองเห็นได้ , อัลตราไวโอเลต ) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1990, หอดูดาวรังสีแกมมาคอมป์ตัน ( รังสีแกมมา ) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1991 และปลดประจำการในปี 2000, หอดูดาวรังสีเอ็กซ์จันทรา ( รังสีเอ็กซ์ ) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1999 และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ( อินฟราเรด ) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 2003

จุดเริ่มต้นของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันเอ็ดวิน ฮับเบิลย้อนกลับไปได้ถึงปี 1946 ในปัจจุบัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกใช้เพื่อระบุตำแหน่งดาวเคราะห์ นอกระบบสุริยะ และให้รายละเอียดเกี่ยวกับเหตุการณ์ต่างๆ ในระบบสุริยะการสังเกตการณ์แสงที่มองเห็นได้ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกนำมารวมกับข้อมูลจากหอดูดาวขนาดใหญ่อื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพที่ละเอียดที่สุดของเอกภพที่มองเห็นได้

INTEGRALเป็นหนึ่งในหอดูดาวรังสีแกมมาที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งองค์การอวกาศยุโรป ได้ปล่อยขึ้นสู่ อวกาศในปี 2545 และยังคงดำเนินการอยู่ (ณ เดือนมีนาคม 2562) INTEGRAL ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างจักรวาลวิทยาที่มีพลังงานสูงที่สุดในอวกาศ รวมถึงหลุมดำ ดาวนิวตรอน และซูเปอร์โนวา^{[ 7 ]} INTEGRAL มีบทบาทสำคัญในการวิจัยรังสีแกมมา ซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่แปลกใหม่และมีพลังงานสูงที่สุดในอวกาศ

ภารกิจ GEMSที่นำโดย NASA มีกำหนดการปล่อยในเดือนพฤศจิกายน 2014 ^{[ 8 ]}ยานอวกาศจะใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์เพื่อวัดการโพลาไรซ์ของรังสีเอ็กซ์ที่มาจากหลุมดำและดาวนิวตรอน โดยจะทำการวิจัยเกี่ยวกับซากของซูเปอร์โนวา ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่ระเบิด มีการทดลองเกี่ยวกับการโพลาไรซ์ของรังสีเอ็กซ์น้อยมากนับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 และนักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่า GEMS จะสร้างความก้าวหน้าใหม่ การทำความเข้าใจการโพลาไรซ์ของรังสีเอ็กซ์จะช่วยเพิ่มพูนความรู้ของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับหลุมดำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าสสารรอบหลุมดำถูกจำกัดอยู่ในรูปของแผ่นแบน แผ่นพอง หรือเป็นเจ็ตพุ่งออกมา โครงการ GEMS ถูกยกเลิกในเดือนมิถุนายน 2012 เนื่องจากคาดการณ์ว่าจะล้มเหลวเนื่องจากข้อจำกัดด้านเวลาและงบประมาณ วัตถุประสงค์ของภารกิจ GEMS ยังคงมีความเกี่ยวข้อง (ณ ปี 2019)

สถานีอวกาศ ซาลยุต 1 เป็นสถานีอวกาศแห่งแรกที่สร้างขึ้น สหภาพโซเวียตปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2514 ลูกเรือชุดแรกไม่สามารถเข้าสู่สถานีอวกาศได้ ลูกเรือชุดที่สองสามารถอยู่ในสถานีอวกาศได้ 23 วัน แต่ความสำเร็จนี้ถูกบดบังอย่างรวดเร็วเนื่องจากลูกเรือเสียชีวิตระหว่างการกลับเข้าสู่โลก สถานีอวกาศซาลยุต 1 ถูกปลดออกจากวงโคจรโดยเจตนาหลังจากโคจรได้ 6 เดือน เนื่องจากเชื้อเพลิงหมดก่อนกำหนด^{[ 9 ]}

สกายแล็บเป็นสถานีอวกาศแห่งแรกของอเมริกา มีขนาดใหญ่กว่าซาลยุต 1 ถึงสี่เท่า สกายแล็บถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2516 โดยมีลูกเรือหมุนเวียนกันสามชุด ชุดละสามคนในช่วงเวลาปฏิบัติการ การทดลองของสกายแล็บยืนยันการค้นพบรูโคโรนาและสามารถถ่ายภาพเปลวสุริยะได้แปดครั้ง^{[ 10 ]}

สถานีอวกาศ มีร์ของโซเวียต (ต่อมาเป็นของรัสเซีย) ตั้งแต่ปี 1986 ถึง 2001 เป็นสถานีอวกาศที่มีมนุษย์อาศัยอยู่ระยะยาวแห่งแรก โดยมีมนุษย์อาศัยอยู่โคจรในวงโคจรต่ำของโลกเป็นเวลาสิบสองปีครึ่ง มีร์ทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการไร้แรงโน้มถ่วงถาวรลูกเรือทำการทดลองด้านชีววิทยาชีววิทยาของมนุษย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์อุตุนิยมวิทยาและ ระบบ ยานอวกาศ เป้าหมายรวมถึงการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการอยู่อาศัยในอวกาศ อย่าง ถาวร

สถานีอวกาศนานาชาติได้รับลูกเรือชุดแรกในภารกิจSTS-88ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2541 ซึ่งเป็นภารกิจความร่วมมือระหว่างประเทศที่มีผู้เข้าร่วมเกือบ 20 คน สถานีนี้มีลูกเรืออาศัยอยู่ต่อเนื่องเป็นเวลา 25 ปี 233 วัน ซึ่งเกินสถิติเดิมเกือบ 10 ปีของสถานีMirของ รัสเซีย ^{[ 11 ]} ISS ให้การวิจัยในสภาวะไมโครกราวิตี้และการทดลองกับสภาพแวดล้อมอวกาศในท้องถิ่น ลูกเรือทำการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยา ฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ และอื่นๆ แม้แต่การศึกษาประสบการณ์และสุขภาพของลูกเรือก็ช่วยพัฒนาการวิจัยอวกาศ

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยอวกาศในวิกิมีเดียคอมมอนส์